CURS 10

IMBINARI LA CONSTRUCTII DIN LEMN

IMBINARI CU TIJE

Îmbinări cu tije cilindrice - prevederi generale

Tijele cilindrice (cuie, dornuri, şuruburi pentru lemn, buloane) sunt piese metalice sau din lemn, de formă cilindrică, introduse în elementele de îmbinat în sens transversal direcţiei efortului pe care îl transmit de la un element la altul (fig. 1).

Fig. 1. Tije cilindrice elastice folosite în îmbinări:a – cuie; b – dornuri; c – şurub cu cap pătrat; d – şurub cu cap înecat;

e – bulon; 1 – capul tijei; 2 – tija propriu-zisă; 3 – piuliţă.

Îmbinările cu tije cilindrice se caracterizează prin:- deformaţii iniţiale mici, contactul dintre suprafeţele de transmitere a

eforturilor fiind perfect la început;- deformaţii finale mari, datorită contragerii lemnului la uscare.

Clasificarea îmbinărilor cu tije se face în funcţie de diferite criterii:

a - după modul de execuţie al îmbinărilor, tijele pot fi: introduse în locaşuri pregătite în prealabil (buloane, dornuri, ştifturi); introduse prin batere sau înşurubare, fără pregătire prealabilă a locaşurilor

(cuie cu d 6 mm, şuruburi cu d 4 mm, unde d este diametrul tijei); introduse prin batere sau înşurubare în găuri pregătite pe o parte din

adâncimea de pătrundere (lgaura 0,75 ltija) şi cu diametrul mai mic cu 1 mm decât diametrul tijei (cuie cu d > 6 mm, şuruburi cu d > 4 mm).

Găurile în care se introduc buloanele se realizează cu , iar găurile în care se introduc dornurile şi ştifturile se realizează cu

.

b - În funcţie de modul de solicitare, îmbinările cu tije cilindrice pot fi simetrice (fig. 2, I) sau nesimetrice (fig. 2, II).

Fig. 2. Tipuri de îmbinări cu tije cilindrice:I. Îmbinări simetrice:

a – cu două secţiuni de forfecare; b – cu patru secţiuni de forfecare.II. Îmbinări nesimetrice:

c - cu o secţiune de forfecare; d – cu trei secţiuni de forfecare.

c - După numărul planurilor în care se poate produce deplasarea elementelor îmbinate, se deosebesc îmbinări cu o singură secţiune de forfecare (fig. 2, c), cu două secţiuni de forfecare (fig. 2, a) sau cu mai multe secţiuni de forfecare (fig. 2, b şi d).

La îmbinările cu cuie sau dornuri se montează buloane de strângere (circa 25% din numărul total de tije) necesare pentru strângerea etanşă a pachetului de elemente, în timpul executării lucrărilor şi pentru a preveni desfacerea rosturilor în procesul exploatării din cauza deformării datorate contracţiei lemnului.

Tipuri de tije cilindrice

Cuiele pentru construcţii din lemn (STAS 2111-90) au diametrul cuprins între 1,8...8,0 mm şi lungimea între 30...250 mm.

Grosimea minimă a celei mai subţiri piese care se îmbină cu cuie trebuie sa fie cel puţin 4d, pentru a nu crăpa piesele în momentul în care se bat cuiele.

La batere, cuiele pot avea lungimea egală cu grosimea pachetului de strâns, pot depăşi grosimea pachetului (deci ies pe partea opusă), sau pot rămâne înnecate (fig. 3).

Fig. 3. Posibilităţi de pătrundere a cuielor în pachetul de îmbinat.

a – pe întreaga grosime a pachetului; b – depăşind grosimea pachetului;c - înecat

Pentru a lua în considerare secţiunea de forfecare, cuiul trebuie să pătrundă în piesa respectivă cu cel puţin 3,5d (lungime efectivă, fără vârful cuiului de 1,5d, care se consideră că nu lucrează la transmiterea eforturilor, fig. 3, c).

La stabilirea lungimii necesare a cuielor (vezi fig. 3) se ia în calcul grosimea pieselor care se îmbină, eventualele rosturi ce pot apare între piesele care se îmbină (cu lăţimea de aproximativ 2 mm), vârful cuiului şi adâncimea minimă de pătrundere în ultima piesă:

(6.34)în care:

n - numărul de piese din pachet;c - grosimea pieselor;d - diametrul tijei.

În cazul în care lungimea efectivă a cuielor depăşeşte grosimea pachetului de strâns (v. fig. 3, b), la calculul capacităţii de rezistenţă a tijelor se ia în considerare grosimea ultimei piese care se îmbină, redusă cu 1,5d, întrucât fibrele se rup la ieşirea cuiului din piesa respectivă.

Buloanele se execută din oţel-beton OB 37, cu cap şi piuliţă de strângere, cu diametrele oţelului beton neted folosit în construcţii ( ). Diametrul bulonului se alege în mod obişnuit , unde l este grosimea pachetului care se strânge, dar minimum 12 mm.

Şuruburile pentru lemn pot fi: cu cap bombat crestat (STAS 1451-80), cu cap înnecat crestat (STAS 1452-80), cu cap semiînnecat (STAS 1453-80), cu cap hexagonal (STAS 1454-80) sau cu cap pătrat (STAS 1455-80).

Dornurile au diametrele oţelului beton şi vârful ascuţit pentru a pătrunde uşor în piesele din lemn.

Date constructive privind îmbinările cu tije cilindrice elastice

Buloanele, şuruburile şi dornurile se dispun pe un număr par de rânduri longitudinale, pentru a evita amplasarea unui rând de tije în zona centrală slabă a inimii lemnului.

Cuiele se dispun atât pe un număr par, cât şi impar, pe rânduri, drept, în zig-zag sau pe diagonală (fig. 4).

Fig. 4. Dispunerea cuielor într-o îmbinare de prelungire:

a – în rânduri drepte; b – în zigzag; c – în rânduri diagonale

Distanţele minime de aşezare a tijelor (stabilite prin încercări pe modele, astfel încât piesele din lemn să nu se despice la batere sau în exploatare) sunt date în tabelele 1 şi 2, în care:

s1 este distanţa între axele tijelor în lungul fibrelor elementului în care se bat cuiele (pe direcţia efortului);

s2 - distanţa de la tije până la capătul elementului din lemn, în sensul longitudinal al fibrelor;

s3 - distanţa între tije pe direcţia transversală fibrelor;s4 - distanţa între ultimul rând de tije şi marginea elementului din lemn, pe

direcţia transversală fibrelor.Tabelul 1

Distanţe minime de amplasare a buloanelor,şuruburilor pentru lemn şi dornurilor

Îmbinări cu:Buloane,

şuruburi şi dornuri de oţel

Dornuri de stejar

Grosimea pachetului lp > 10d 10d > 10d

10d

Distanţe minime în lungul fibrelor

Între axele tijelor s1 7d 6d 5d 4d

Din axa tijei extreme la marginea piesei s2 7d 6d 5d 4d

Distanţe minime transversal pe fibre

Între axele tijelor s3 3,5d 3d 3d 2,5dDin axa tijei extreme la marginea piesei s4 3d 2,5d 2,5d 2,5d

La prinderile în noduri ale barelor grinzilor cu zăbrele respectarea regulilor de distribuţie a tijelor este obligatorie pentru fiecare piesă în parte (fig. 5).

Fig. 5. Amplasarea tijelor la nodurile unei grinzi cu zăbrele

Tabelul 2Distanţe minime de amplasare a cuielor

Cuie bătute fără găurire prealabilă

Cuie bătute în:Şiruri

longitudinale sau în zig-zag

Şiruri oblice

Grosimea celei mai subţiri piese c 10d =4d 10d =4d

Distanţe minime în lungul fibrelor

Între axele cuielors1 15d 25d 15d 20d

Din axa cuielor extreme la marginea piesei

s2 15d 15d

Distanţe minime perpendicular pe direcţia fibrelor

Între axele şirurilor de cuie

s3 4d 3d

De la şirul marginal de cuie la marginea piesei

s4 4d 6d (5d)

Cuie bătute cu găurire prealabilă

Distanţe minime în lungul fibrelor

Între axele cuielors1 10d 15d 10d 15d

Din axa cuielor extreme la marginea piesei

s2 10d 10d

Distanţe minime perpendicular pedirecţia fibrelor

Între axele şirurilor de cuie

s3 4d 3d

De la şirul marginal de cuie la marginea piesei

s4 4d 6d (5d)

Observaţii: Pentru valorile lui c cuprinse între 4d şi 10d, valorile lui s1 se interpolează liniar. Distanţele trecute în paranteză sunt pentru lemnul de fag şi stejar.

. În cazul baterii încrucişate a cuielor, dacă capetele lor pătrund în piesa centrală din ambele părţi pe o adâncime mai mică decât 2c/3 (fig. 6, a), distanţele între cuie se stabilesc independent, iar dacă pătrund pe o adâncime mai mare sau egală cu 2c/3, distanţele se stabilesc ţinând cont de cuiele de pe ambele părţi ale pachetului de îmbinat (fig. 6, b).

Fig. 6. Distanţele de amplasare a cuielor în cazul baterii încrucişate:

a – dacă adâncimea de pătrundere în piesa centrală este mai mică decât 2c/3;

b - dacă adâncimea de pătrundere în piesa centrală este mai mare decât 2c/3

La îmbinările cu cuie, pentru fixarea unei piese trebuie prevăzute cel puţin patru cuie, iar în nodurile în care prinderea pieselor se face cu ajutorul cuielor trebuie prevăzut cel puţin un bulon de strângere cu diametrul d = 12 mm. Îmbinările de prelungire la piese întinse nu se admit a fi realizate cu cuie.

Capacitatea de rezistenţă a îmbinărilor cu tije

Capacitatea de rezistenţă a unei îmbinări cu tije, , în N, se stabileşte cu relaţia:

, în care:

este coeficientul parţial de siguranţă;Lmin t - capacitatea de rezistenţă minimă a unei tije, într-o secţiune de

forfecare, în N;nf - numărul secţiunilor de forfecare în care lucrează tijele;nt – numărul de tije;mT - coeficient de tratare a lemnului;mu - coeficientul condiţiilor de lucru, definit în funcţie de condiţiile de

microclimat în care funcţionează îmbinarea cu tije, cu valoarea 1,00 pentru clasa 1 de exploatare a construcţiei, 0,85 pentru clasa 2 de exploatare a construcţiei şi cu valoarea 0,75 pentru clasa 3 de exploatare a construcţiei;

mR - coeficientul care introduce în calcul repartiţia neuniformă a încărcărilor la tije.

Coeficientul parţial de siguranţă are valorile din tabelul 3 stabilite în funcţie de tipul tijelor şi de clasa de durată a încărcărilor.

Tabelul 3Valori ale coeficientului

Clasa de durată aîncărcărilor

Valorile coeficientului pentru:

Buloane şi dornuriCuie şi şuruburi

pentru lemnPermanente 0,70 0,60

Lungă durată 0,85 0,70Scurtă durată 1,00 0,85

Capacitatea de rezistenţă a unei tije, Lcap t, în N, într-o secţiune de forfecare, pentru lemn de pin, molid şi brad, când efortul acţionează paralel cu direcţia fibrelor, se stabileşte în funcţie de tipul şi diametrul tijei, modul de lucru al îmbinărilor (simetrice sau asimetrice), posibilitatea de cedare a îmbinării (prin strivirea lemnului sau prin încovoierea tijei), dimensiunea pieselor de lemn din îmbinare, conform relaţiilor din tabelul 4.

Tabelul 4Capacitatea portantă a unei tije cilindrice

pentru o secţiune de forfecare

Tipulîmbinării

Condiţia de calcul

Capacitatea de rezistenţă a tijelor, în N, pentru:

CuieBuloane,

şuruburi şi dornuri de oţel

Dornuri de stejar

Îmbinărisimetrice

Strivirea elementelor centrale, Lcap c

4cd 4cd 2cd

Strivirea elementelor marginale, Lcap m

5ad 5ad 3ad

Îmbinărinesimetrice

Strivirea elementelor centrale, Lcap c

3cd 3cd 2cd

Strivirea elementelor marginale, Lcap m

5ad 5ad 3ad

Îmbinări nesimetrice şi simetrice

Încovoierea tijei, Lcap înc 30d2 20d2 5d2

Notaţii:c - grosimea celei mai subţiri piese centrale, în mm;a - grosimea celei mai subţiri piese marginale, în mm;d - diametrul tijei cilindrice, în mm.

Coeficientul mR introduce în calcul posibilitatea repartiţiei neuniforme a încărcărilor în tije şi are valoarea: mR = 0,90 pentru îmbinări cu cuie şi şuruburi pentru lemn; pentru îmbinări cu

dornuri şi buloane dispuse pe două rânduri, cu minimum două buloane pe un rând;

mR = 0,80 pentru îmbinări cu dornuri şi buloane dispuse pe patru rânduri, cu minimum trei buloane pe un rând.